XRISM увидел захват звёздного ветра пульсаром в системе BP Crucis впервые

Орбитальная рентгеновская обсерватория NASA/JAXA XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) впервые в истории астрономии предоставила прямые наблюдательные данные о том, как поток вещества, «выдуваемый» звездой-гигантом, захватывается её компактным компаньоном — пульсаром — и питает мощные рентгеновские вспышки. Исследование опубликовано в Science Advances.

«Мы никогда прежде не видели столь ясных признаков плазмы звёздного ветра, падающей на компактный объект», — сказал ведущий автор работы Рои Рахин, исследователь Мэрилендского университета Балтиморского округа (UMBC) и Центра космических полётов Годдарда NASA.

Система BP Crucis: пульсар и голубой гипергигант

Объект наблюдений — двойная система BP Crucis, расположенная примерно в 13 000 световых лет от Земли в созвездии Южного Креста. Она состоит из двух принципиально разных объектов.

Первый — Wray 977, голубой гипергигант: звезда в 40 раз массивнее Солнца и в 60 раз больше него по размеру. Такие звёзды настолько горячи и ярки, что с их поверхности постоянно «сдувается» ионизованный газ — так называемый звёздный ветер. Речь идёт о непрерывном потоке плазмы, движущемся от звезды во все стороны.

Второй — нейтронная звезда GX 301-2: это то, что осталось от массивной звезды после взрыва сверхновой. В шаре диаметром около 20 километров сосредоточена масса, превышающая солнечную. Нейтронная звезда вращается каждые 11 минут, испуская рентгеновский луч, — это и делает её пульсаром.

Пульсар обращается вокруг Wray 977 с периодом 41,5 дня. Дважды за орбиту — вблизи перицентра (ближайшей точки) и апоцентра (дальней точки) — пульсар проходит сквозь особенно плотный поток плазмы, который формирует сама звезда под гравитационным влиянием нейтронной звезды. В эти моменты рентгеновское излучение системы многократно усиливается.

Что увидел XRISM

Команда наблюдала систему 1 февраля 2025 года в течение около 16 часов — ближе к концу одной из интенсивных рентгеновских вспышек.

Ключевой инструмент — спектрометр Resolve на борту XRISM, совместно разработанный NASA и JAXA. Он позволяет разрешать тонкие детали в рентгеновских спектрах, недоступные предыдущим телескопам. Именно это открыло беспрецедентную картину.

В рентгеновском спектре системы отчётливо проявились линии поглощения от высокоионизованного железа — железа с большим числом потерянных электронов. Эти линии оказались смещены в сторону меньших энергий относительно их лабораторного положения. Такое «красное смещение» означает движение вещества в сторону от наблюдателя — то есть от нас к пульсару.

Масштаб красного смещения указал на скорость: плазма падает на пульсар со скоростью около 335 000 миль в час, или примерно 540 000 км/ч.

Что происходит за четыре дня пролёта сквозь поток

На основе наблюдений команда предложила сценарий, разворачивающийся при каждом прохождении пульсара сквозь плотный поток плазмы — эта фаза занимает около четырёх дней:

Стадия 1: Пульсар входит в поток и начинает захватывать вещество. Газ собирается в нестабильный турбулентный аккреционный диск вокруг нейтронной звезды. Плазма по спирали падает на поверхность пульсара, нагревается до миллионов градусов и испускает рентгеновское излучение — именно это и создаёт мощную вспышку.

Стадия 2: Пульсар углубляется в поток. Угловой момент потока уже недостаточен для поддержания диска — и диск разрушается. Плазма начинает падать прямо на нейтронную звезду, минуя диск. XRISM наблюдал систему именно в этой фазе.

Стадия 3: На выходе из потока диск кратко восстанавливается — но теперь он вращается в противоположном направлении, поскольку плазма набегает с другой стороны. Затем этот диск тоже исчезает по мере выхода пульсара из потока.

Почему это важно

Процесс «ветрового питания» пульсара широко распространён в двойных звёздных системах. Он помогает объяснить рентгеновские вспышки и обмен веществом в тесных двойных системах.

Читайте также: Прибор REAL для CubeSat измеряет энергичные частицы.

До сих пор этот процесс описывался преимущественно теоретически или изучался с помощью менее чувствительных инструментов, не позволявших разрешить тонкую структуру спектральных линий. XRISM открыл возможность буквально «смотреть» на падающую плазму и измерять её параметры напрямую. Это меняет возможности для проверки теорий аккреции и динамики тесных двойных систем.